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摘要：基于Mehta和Aitcin的高性能混凝土配合比设计方法，通过建立混凝土强度与有效水胶比、粗集料松堆积体积和粉煤灰水化活性因子的关系，以及粗集料的松堆积体积与砂率的关系，建立了混凝土中粗集料、细集料、水和胶凝材料各组分之间的联系，提出了系统化的高性能混凝土配合比设计方法。该方法具有适用范围宽、简捷、准确和易于程序化的特点。实验结果表明：依据该配合比设计方法所配制混凝土的抗压强度与期望值具有良好的一致性。
关键词：高性能混凝土；配合比；系统法；程序化
高性能混凝土（High-performanceConcrete，简称HPC）是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高常规混凝土性能的基础上，采用现代混凝土技术，选用优质原材料，在妥善的质量管理的条件下制成的。除水泥、水、集料之外，HPC必须采用低水胶比和掺加足够细掺料与高效外加剂。HPC不同于普通混凝土的特点在于其组分多，成分比较复杂，性能指标多，配合比设计比较复杂。近年来，随着物理、化学和计算机科学等现代化科学技术的发展和应用，HPC配合比的智能化和优化设计技术有了很大的发展。许多的混凝土研究人员把计算机技术应用于高性能混凝土配合比设计，也都取得了丰硕的成果。
1.高性能混凝土配合比设计方法
迄今为止，国内外对于HPC还没有给出一个统一的定义，而且，由于HPC配合比设计的复杂性，迄今为止还没有统一的配合比设计方法。各国混凝土学者针对这一问题也做了大量的研究工作，综合起来，当前的混凝土配合比设计方法主要有以下几个方面。
1.1基于数学方法的HPC配合比设计方法
随着HPC应用的增多，人们也发现通过普通混凝土经验式的设计方法难以适应HPC多目标的需要，于是配合比设计从经验走向理论。为了对HPC配合比设计进行优化，科学工作者进行着不断的研究和探索，他们把数学作为优化工具引入到HPC配合比设计中。武汉工业大学的陈建奎（2000）提出了一种全计算法，该方法建立普遍适用的混凝土体积模型，得出HPC单位立方米用水量和砂率的计算公式。这两个公式揭示了混凝土组成材料内在的客观规律和必然联系，成为HPC混凝土全计算配合比设计的基础。它使得HPC配合比设计从半定量走向定量，是混凝土配合比设计上一较大的改进。大连理工大学何世钦、王海超（2003）等采用四因素三水平的正交设计试验方法对HPC的配合比设计进行了试验，研究了水泥、硅灰、粉煤灰和外加剂等不同试验因素对HPC强度的影响。分析了每个因素水平对HPC配合比的作用及各个水平之间的差异。
1.2基于经验的HPC配合比设计方法
对于HPC配合比，人们最容易想到的是按照普通混凝土配合比方法来进行设计，所以通常的配合比方法大多是基于经验，通过试配来进行。美国加利福尼亚大学的Mehta和Aitcin（1990）在现有高强、高性能混凝土实践经验的基础上提出配合比设计方法。该方法对主要的配合比设计参数做出一些假设，从而得到试配用的配合比。法国陆桥中心（LCPC）的FdeLarrard（1992）基于实验室试配的基础上，提出了一种配合比设计方法。该方法基于3点假设：具有一定组成的混凝土强度主要受浆体性质的控制；当混凝土集料的组成一定时，拌合物的工作性取决于浆体的体积和浆体的流动性；满足一定的强度及工作性要求，需要浆体体积最小的砂率为最优砂率。基于以上假设，用砂浆进行力学试验，用浆体进行流变试验，可以减少大量的试配工作。
2.高性能混凝土配合比设计及其智能化存在的问题
2.1高性能混凝土配合比设计的规范问题
HPC与普通混凝土在原材料、生产和施工工艺等方面有很多相似甚至相同之处，但是，因为HPC不仅加入了矿物细掺料、高效减水剂等外加剂，而且各个组分掺量的多少对其强度和工作性能都有很大的影响。并且，长期以来，人们都是根据已有的工程经验，通过试配和调整来确定高性能混凝土的配合比。虽然，目前已经制定出了HPC配合比设计的规范，但是，就实际问题考虑，现阶段的规范还不是很成熟，基于HPC配合比设计的复杂性，还需要对其进行深入的研究。
HPC是地方性很强的材料，它的原材料以及配制方法与当地资源和环境气候条件密切相关。由于混凝土具有显著的地域性，在每个地区混凝土配合比都不尽一致，以致需要重复进行的试配工作而耗费大量的人力物力。再者，HPC对原材料性能及配合比非常敏感，性能波动较大，用传统的配合比设计方法很难满足预计的精度要求。因此，一方面可以考虑针对各个不同地区的实际情况，制定出区域内的HPC配合比设计规程和标准；另一方面，可以考虑利用非线性多目标处理方法来建立一种HPC配合比设计系统是非常必要的。而且，基于地域性的考虑，可以考虑先从区域范围开始建立这一配合比设计系统，以后随着HPC配合比设计以及智能化设计技术的逐步成熟，可以针对大范围地区采取这种方法进行HPC配合比设计。
2.2高性能混凝土配合比智能化系统数据量离散的问题
HPC配合比设计的智能化，能够大大提高其配合比设计的准确性和经济性。目前，很多混凝土工作者围绕计算机智能化已经建立出有关数学模型并开发出相应的配合比设计软件。但是这些模型和软件所基于的数据量太离散，都有使用上的局限性。要尽快建立和扩大原材料数据库，并且开发出具有较广适用性和较强实用型的HPC配合比智能化系统。
2.3高性能混凝土智能化设计的地域性差异问题
HPC配合比智能化设计，地域性差异问题是必须要考虑的。原材料性能差异是一个方面，另一方面则是各个地区的气候差异。气候差异会影响智能化软件设计中参数的多少，参数的考虑直接增加软件设计中程序编制的复杂性。但是，如果要使设计的软件系统可以广泛使用，配合比参数的设置就要考虑到所有可能的情况的影响。另外一方面，配合比设计系统的开发要有大量的原始数据做支撑，但是现阶段的情况是，已有的可搜集到的数据也并不是都考虑到了配合比设计中的所有的影响因素，这是目前HPC配合比设计智能化系统不能够广泛推广使用的影响因素之一。
3.系统化的高性能混凝土配合比设计方法的实际应用
实验所用胶凝材料包括拉发基P·O42.5水泥，元宝山一级粉煤灰和Elkem凝聚硅灰，其化学组成如表1所示。砂石采用5～20mm连续级配的石灰石质碎石，二区中砂，其级配曲线如图1和图2所示。依据系统化的高性能混凝土配合比设计方法.用以测定混凝土抗压强度的立方体试样边长为150mm，所得混凝土的抗压强度如图3所示，其中每一点均为3个试样的平均值。
表1胶凝材料的化学组成
图1砂的级配曲线
论文作者:邱秋明
论文发表刊物:《建筑细部》2018年2月上
论文发表时间:2018/9/5
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